專(zhuān)利名稱(chēng)：廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的熱電能轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本節(jié)內(nèi)容僅提供涉及本發(fā)明的背景信息，且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)在燃燒室中燃燒空氣/燃料填充物以產(chǎn)生功?？諝?燃料填充物的燃燒依靠燃燒室內(nèi)存在的溫度和壓力條件。燃燒室內(nèi)的溫度和壓力的變化影響燃燒和相關(guān)的功以及因此而產(chǎn)生的排放物。廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)將廢氣再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)以便與空氣/燃料填充物混合，并對(duì)燃燒產(chǎn)生影響。這包括降低燃燒溫度，從而減少各種氮氧化物和排放物的產(chǎn)生。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型和配置，包括壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。再循環(huán)廢氣的溫度影響燃燒室內(nèi)的空氣/燃料填充物的溫度。已知的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的熱交換設(shè)備，用來(lái)調(diào)節(jié)再循環(huán)廢氣的溫度，并因而調(diào)節(jié)空氣/燃料填充物的溫度。已知的廢氣再循環(huán)熱交換設(shè)備能夠排熱，從而降低再循環(huán)廢氣的溫度。已知的熱交換設(shè)備傳導(dǎo)性地在再循環(huán)廢氣和冷卻劑之間傳輸熱能，和/或通過(guò)物理設(shè)備一例如暴露在周?chē)h(huán)境空氣下的散熱片來(lái)輻射性地消散熱能。從而可以使所傳遞的熱能消失。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于在包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)內(nèi)管理熱能的方法， 該方法包括通過(guò)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)再循環(huán)一部分廢氣，所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)與熱電設(shè)備的第一側(cè)熱連通；使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)至與熱電設(shè)備的第二側(cè)熱連通的位置；以及控制電能存儲(chǔ)設(shè)備和熱電設(shè)備之間的電流以便在再循環(huán)廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑之間傳遞熱能。方案1. 一種用于在包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的方法，所述方法包括
使一部分廢氣再次循環(huán)通過(guò)所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)與熱電設(shè)備的第一側(cè)熱連通；
使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)到與熱電設(shè)備的第二側(cè)熱連通的位置；和控制電能存儲(chǔ)設(shè)備和所述熱電設(shè)備之間的電流以便在再循環(huán)廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑之間傳遞熱能。方案2.如方案1所述的方法，進(jìn)一步包括
控制所述電流以便在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)事件之后實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞。方案3.如方案2所述的方法，包括在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)事件之后一段預(yù)定時(shí)間以后， 從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流。
方案4.如方案2所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)事件包括在發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)一段預(yù)定時(shí)間之后發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。方案5.如方案2所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)包括當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油溫度低于第一預(yù)定溫度閾值時(shí)發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。方案6.如方案1所述的方法，進(jìn)一步包括 監(jiān)測(cè)所述熱電設(shè)備的熱電設(shè)備冷卻效率；
當(dāng)所述熱電設(shè)備的熱電設(shè)備冷卻效率低于預(yù)定值時(shí)，控制所述電流以便實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞。方案7.如方案6所述的方法，進(jìn)一步包括
控制所述電流以便實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞，直到再循環(huán)廢氣達(dá)到預(yù)定溫度并持續(xù)預(yù)定時(shí)間。方案8.如方案6所述的方法，進(jìn)一步包括
控制所述電流以便實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞，直到所述熱電設(shè)備冷卻效率達(dá)到預(yù)定值。方案9.如方案1所述的方法，進(jìn)一步包括
當(dāng)所述熱電設(shè)備冷卻效率低于預(yù)定值時(shí)，控制所述電能存儲(chǔ)設(shè)備和所述熱電設(shè)備之間的電流以便在再循環(huán)廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑之間傳遞熱能，從而減少累積在所述熱電設(shè)備內(nèi)的燃燒副產(chǎn)品沉積物。方案10.如方案1所述的方法，進(jìn)一步包括
控制所述電能存儲(chǔ)設(shè)備和所述熱電設(shè)備之間的電流以便在再循環(huán)廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑之間傳遞熱能，從而從再循環(huán)廢氣去除熱量。方案11.如方案10所述的方法，其中在確定能夠通過(guò)降低再循環(huán)廢氣的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度之后，對(duì)流向所述熱電設(shè)備的電流進(jìn)行控制。方案12. —種用于在包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的方法，其中所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣裝置，所述方法包括
使一部分廢氣再次循環(huán)通過(guò)所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)與熱電設(shè)備的第一側(cè)熱連通；
使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)至與熱電設(shè)備的第二側(cè)熱連通的位置；
在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)之后的一段預(yù)定時(shí)間以后從電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電
流；
從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流直到再循環(huán)廢氣達(dá)到預(yù)定溫度； 在確定能夠通過(guò)降低再循環(huán)廢氣的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度之后，從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流以便冷卻再循環(huán)廢氣；和將再循環(huán)廢氣的熱能轉(zhuǎn)換為電能。方案13.如方案12所述的方法，進(jìn)一步包括 在電能存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)電能。方案14. 一種用于在內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的系統(tǒng)，包括
廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其包括用于將發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)
閥；循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)；
熱電熱交換器，其包括熱電設(shè)備，該熱電設(shè)備具有與再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣熱連通的第一側(cè)和與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑熱連通的第二側(cè)； 電能存儲(chǔ)設(shè)備；
能量控制單元，其與所述熱電設(shè)備電聯(lián)接；并與所述電能存儲(chǔ)設(shè)備電聯(lián)接以便控制其間的電能傳遞；
控制模塊，其與所述廢氣再循環(huán)閥和所述能量控制單元電聯(lián)接，所述控制模塊控制發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的再循環(huán)并控制所述電能存儲(chǔ)設(shè)備和所述熱電設(shè)備之間的能量傳遞。方案15.如方案14所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制從所述能量存儲(chǔ)設(shè)備到所述熱電設(shè)備的能量傳遞。方案16.如方案14所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制從所述熱電設(shè)備到所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的能量傳遞。方案17.如方案15所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)進(jìn)氣溫度低于第一預(yù)定溫度時(shí)，所述控制模塊控制從所述能量存儲(chǔ)設(shè)備到所述熱電設(shè)備的能量傳遞以便向再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣提供熱量。方案18.如方案15所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制從所述能量存儲(chǔ)設(shè)備到所述熱電設(shè)備的能量傳遞以便從再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣去除熱量。方案19.如方案14所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制從所述能量存儲(chǔ)設(shè)備到所述熱電設(shè)備的能量傳遞，從而當(dāng)電流沿第一方向流動(dòng)時(shí)向再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣提供熱量， 并且當(dāng)電流沿第二方向流動(dòng)時(shí)從再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣去除熱量。


現(xiàn)在參照附圖通過(guò)示例來(lái)描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，附圖中
圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)配置，該發(fā)動(dòng)機(jī)配置包括控制模塊、電能存儲(chǔ)設(shè)備和包括熱電熱交換器在內(nèi)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的熱電熱交換器的剖視圖；和圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性控制方案。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中圖示的目的只是為了說(shuō)明某些示例性實(shí)施例，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。圖1示意性地示出了示例性發(fā)動(dòng)機(jī)配置，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)10和隨附的控制模塊 5、能量控制單元6(例如可控的直流至直流轉(zhuǎn)換器)、電能存儲(chǔ)設(shè)備55和與熱電熱交換器50 流體連接的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，這些都是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的。示例性發(fā)動(dòng)機(jī)10可選擇性地運(yùn)行在多種燃燒模式和空燃比下，包括總體上稀于化學(xué)計(jì)量比的空燃比。本發(fā)明能夠應(yīng)用于各種內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和燃燒循環(huán)，并且不局限于此處公開(kāi)的。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠連接到機(jī)電混合動(dòng)力系統(tǒng)。機(jī)電混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠包括非燃料扭矩機(jī)械，其配置成向車(chē)輛的傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞牽引動(dòng)力。示例性的發(fā)動(dòng)機(jī)10能包括任何已知的發(fā)動(dòng)機(jī)配置，包括多缸直接噴射式四沖程內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)氣系統(tǒng)四向進(jìn)氣歧管提供進(jìn)氣，該進(jìn)氣歧管將空氣導(dǎo)入并分配至燃燒室的進(jìn)氣流道。進(jìn)氣系統(tǒng)四包括空氣流導(dǎo)管系統(tǒng)和用于監(jiān)測(cè)及控制空氣流的設(shè)備。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)包括外流通道，其配置成將廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)39再循環(huán)入進(jìn)氣系統(tǒng)四，包括流量控制閥，其被稱(chēng)為廢氣再循環(huán)(EGR)閥38。控制模塊5包括通過(guò)控制廢氣再循環(huán)閥38的開(kāi)度來(lái)控制流向進(jìn)氣系統(tǒng)四的廢氣質(zhì)量流量的控制方案。廢氣再循環(huán)閥38用于控制通過(guò)熱電熱交換器50的再循環(huán)廢氣的流量。當(dāng)被控制到關(guān)閉位置時(shí)，廢氣再循環(huán)閥38阻塞了排氣系統(tǒng)39的任何廢氣流進(jìn)入外流通道90。當(dāng)被控制到打開(kāi)位置時(shí)，再循環(huán)廢氣通過(guò)外流通道90流入進(jìn)氣系統(tǒng)四。在一個(gè)實(shí)施例中，廢氣再循環(huán)閥38可被控制到各種不同的局部打開(kāi)和關(guān)閉位置，從而改變流經(jīng)外流通道90的再循環(huán)廢氣流的質(zhì)量流量。發(fā)動(dòng)機(jī)10配備有各種用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的傳感設(shè)備，這些傳感設(shè)備包括第一和第二溫度設(shè)備82和84，其分別用于監(jiān)測(cè)再循環(huán)廢氣流在熱電熱交換器50之前和之后的溫度；第三溫度設(shè)備86，其用以監(jiān)測(cè)進(jìn)入熱電熱交換器50的冷卻劑溫度；第四溫度設(shè)備 88，其用以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的機(jī)油溫度；和第五溫度設(shè)備89，其用以監(jiān)測(cè)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10的
進(jìn)氣溫度?？刂颇K5執(zhí)行存儲(chǔ)在其中的算法代碼，以便控制用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的致動(dòng)器，包括控制進(jìn)氣系統(tǒng)四、節(jié)氣門(mén)位置、火花正時(shí)、燃料噴射質(zhì)量和正時(shí)、進(jìn)氣門(mén)和/或排氣門(mén)的正時(shí)和定相、以及廢氣再循環(huán)閥38。在一個(gè)實(shí)施例中，氣門(mén)正時(shí)和定相可包括負(fù)氣門(mén)重疊和排氣門(mén)再開(kāi)啟升程(在排氣再呼吸策略中)。控制模塊5配置成從操作者接收輸入信號(hào)(例如，節(jié)氣門(mén)踏板位置和制動(dòng)器踏板位置)以決定操作者轉(zhuǎn)矩需求，并且從傳感器接收輸入，這些輸入用以指示發(fā)動(dòng)機(jī)速度和進(jìn)氣溫度、以及冷卻劑溫度和其他環(huán)境條件?？刂颇K5能夠在持續(xù)的車(chē)輛運(yùn)行期間發(fā)生作用來(lái)開(kāi)、關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)10，并能夠運(yùn)行以便通過(guò)控制燃料和火花以及氣門(mén)停用來(lái)選擇性地停用一部分燃燒室或一部分進(jìn)排氣門(mén)?？刂颇K5能夠基于廢氣傳感器的反饋來(lái)控制空燃比。控制模塊、模塊、控制器、控制單元、處理器和類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)意指下列各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)的任何適合的一種或多種組合專(zhuān)用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的中央處理單元(優(yōu)選是微處理器)和相關(guān)的內(nèi)存和存儲(chǔ)器(只讀存儲(chǔ)器， 可編程只讀存儲(chǔ)器，隨機(jī)存儲(chǔ)器，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等)、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和設(shè)備、適合的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩存電路以及其他適合的提供所描述功能的部件。控制模塊具有一組控制算法，包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)且用以執(zhí)行以提供所需功能的常駐軟件程序指令和校準(zhǔn)值。 算法優(yōu)選地在預(yù)置循環(huán)期間被執(zhí)行。所述算法例如通過(guò)中央處理單元被執(zhí)行，且可操作以監(jiān)控來(lái)自傳感設(shè)備和其他聯(lián)網(wǎng)控制模塊的輸入，并執(zhí)行控制和診斷程序以便控制致動(dòng)器的運(yùn)行。閉路循環(huán)可以按規(guī)則間隔執(zhí)行，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輛持續(xù)運(yùn)行期間每3. 125,6. 25、 12. 5、25和100毫秒執(zhí)行一次?？蛇x的是，算法可以作為對(duì)事件發(fā)生的響應(yīng)而被執(zhí)行。能量控制單元6電連接到電能存儲(chǔ)設(shè)備55、控制模塊5和熱電熱交換器50。能量控制單元6控制從電能存儲(chǔ)設(shè)備55流到熱電熱交換器50的電流。能量控制單元6包括電子設(shè)備和控制模塊，其配置成接收來(lái)自控制模塊5的指令以便向熱電熱交換器50提供電能。所述電子設(shè)備調(diào)節(jié)并且還控制在熱電熱交換器50和電能存儲(chǔ)設(shè)備55之間傳輸?shù)碾娔堋ｋ娏髂軌蛟陔娔艽鎯?chǔ)設(shè)備55和能量控制單元6之間流動(dòng)。能量控制單元6通過(guò)電纜7和8從熱電熱交換器50傳入和傳出電流，并且能量控制單元6類(lèi)似地通過(guò)電纜11 和12從電能存儲(chǔ)設(shè)備55傳入和傳出電流。電流可以根據(jù)電能存儲(chǔ)設(shè)備55是在充電還是放電來(lái)從電能存儲(chǔ)設(shè)備55傳入和傳出。電能存儲(chǔ)設(shè)備55配置成通過(guò)能量控制單元6向熱電熱交換器50供應(yīng)能量。電能存儲(chǔ)設(shè)備陽(yáng)電連接到能量控制單元6。電能存儲(chǔ)設(shè)備55能包括本領(lǐng)域已知的任何電能存儲(chǔ)設(shè)備，包括電池和/或電容器系統(tǒng)，并且被配置成存儲(chǔ)熱電熱交換器50產(chǎn)生的電能。熱電熱交換器50電連接到能量控制單元6。熱電熱交換器50通過(guò)冷卻劑流通道 91流體連接到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑系統(tǒng)，該冷卻劑流通道91配置成使冷卻劑通過(guò)熱電熱交換器 50流動(dòng)。熱電熱交換器50通過(guò)外流通道90流體連接到進(jìn)氣系統(tǒng)四和排氣系統(tǒng)39。熱電熱交換器50與再循環(huán)廢氣熱接觸，即配置成用來(lái)傳播熱能，并配置成從再循環(huán)廢氣傳入和傳出熱能。熱電熱交換器50與冷卻劑熱接觸，并配置成從冷卻劑傳入和傳出熱能。熱電熱交換器50包括多個(gè)熱電設(shè)備，例如熱電堆，在圖1示出為熱電半導(dǎo)體層70。 熱電設(shè)備響應(yīng)熱差而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(emf )，這被定義為塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生通過(guò)熱電設(shè)備的電勢(shì)。熱電設(shè)備能夠?qū)?lái)自再循環(huán)廢氣供給流的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并能利用電能從再循環(huán)廢氣供給流傳入和傳出熱量。如此處所用的，術(shù)語(yǔ)“熱電設(shè)備”包括能夠利用熱差而無(wú)需機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的任何類(lèi)型的設(shè)備。示例包括下列幾類(lèi)材料或設(shè)備中的任一種如散裝材料(例如I^bTe，Bi2Te,方鈷礦物)，薄膜設(shè)備(例如量子阱設(shè)備，超晶格)，分段耦合(JPL)，組合材料，以及熱二極管。在一個(gè)實(shí)施例中，P型和η型半導(dǎo)體元件通過(guò)導(dǎo)電材料電連接。熱電設(shè)備配置成當(dāng)電流流經(jīng)熱電設(shè)備時(shí)在熱電設(shè)備相對(duì)的第一和第二側(cè)之間傳遞熱能。當(dāng)電流流經(jīng)熱電熱交換器50時(shí)，多個(gè)熱電設(shè)備可以因電流產(chǎn)生的電勢(shì)的極性而引發(fā)加熱或冷卻作用。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電流沿第一方向流動(dòng)時(shí)，熱能從頂側(cè)向底側(cè)傳輸。 反向電流使電勢(shì)的極性反轉(zhuǎn)，并因而使熱能的流動(dòng)反轉(zhuǎn)，例如從底側(cè)向頂側(cè)流動(dòng)。圖2是示例性熱電熱交換器50的截面圖。熱電熱交換器50包括具有相反側(cè)面的熱電半導(dǎo)體層70、與半導(dǎo)體層70的一相反側(cè)熱連通的冷卻劑流層72、與半導(dǎo)體層70的另一相反側(cè)熱連通的廢氣再循環(huán)流層74。冷卻劑流層72與冷卻劑流通道91流體連接，且配置成在熱電半導(dǎo)體層70和冷卻劑之間傳遞熱能。廢氣再循環(huán)流層74與廢氣再循環(huán)通道90 流體連接，且配置成在熱電半導(dǎo)體層70和再循環(huán)廢氣供給流之間傳遞熱能。熱電半導(dǎo)體層70包括ρ型和η型半導(dǎo)體元件，即熱電設(shè)備52和M —其可選地串聯(lián)電連接以形成ρ-η結(jié)。優(yōu)選的是，ρ型和η型半導(dǎo)體元件52和M是多孔的，且可除氣成為真空狀態(tài)。P型和η型半導(dǎo)體元件52和M通過(guò)在其覆有絕緣材料的端面和側(cè)面上形成的導(dǎo)電材料60電連接。ρ型和η型半導(dǎo)體元件52和M穿過(guò)熱電半導(dǎo)體層70可選地串聯(lián)電連接。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣材料覆蓋沒(méi)有被導(dǎo)電材料覆蓋的該組件的外表面，所述導(dǎo)電材料電連接P型和η型半導(dǎo)體元件52和Μ，優(yōu)選的電連接方式是將熱電半導(dǎo)體層70的第一側(cè)71熱連接到冷卻劑流層72，和將熱電半導(dǎo)體層70的第二側(cè)73熱連接到廢氣再循環(huán)流層74。當(dāng)相對(duì)較熱的再循環(huán)廢氣供給流流經(jīng)廢氣再循環(huán)流層74時(shí)以及當(dāng)相對(duì)較冷的冷卻劑流經(jīng)冷卻劑流層72時(shí)，穿過(guò)熱電半導(dǎo)體層70形成電勢(shì)。該電勢(shì)的大小通過(guò)熱電半導(dǎo)體層70的物理特性和熱電半導(dǎo)體層70兩側(cè)之間的溫差大小來(lái)確定。電勢(shì)的極性根據(jù)熱電半導(dǎo)體層70的哪一側(cè)相對(duì)較熱來(lái)確定。當(dāng)電負(fù)載一例如電池被附接至該電勢(shì)時(shí)，電能從熱電半導(dǎo)體層70較熱的一側(cè)流向該負(fù)載。當(dāng)向熱電半導(dǎo)體層70供給電流時(shí)，根據(jù)電流方向形成的電勢(shì)的極性，熱能從冷卻劑或再循環(huán)廢氣供給流被傳遞和去除。如上所述，可利用電能存儲(chǔ)設(shè)備陽(yáng)供應(yīng)電流。當(dāng)向熱電半導(dǎo)體層70提供電流時(shí)，形成電勢(shì)，從而促進(jìn)熱能在冷卻劑和再循環(huán)廢氣供給流之間的傳遞。例如，當(dāng)電流沿第一方向流過(guò)熱電熱交換器50時(shí)，熱能從冷卻劑移除，并被傳向再循環(huán)廢氣供給流。當(dāng)電流沿相反方向流過(guò)熱電熱交換器50時(shí)，熱能從再循環(huán)廢氣供給流移除，并被傳向冷卻劑。圖3是用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)10和使用熱電熱交換器50的示例性的控制方案400?？刂品桨?00示出于圖3中，并且在這里被描述為包括離散的元件。這樣圖示是為了便于描述， 并且應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是，這些元件執(zhí)行的功能可以組合在一個(gè)或多個(gè)設(shè)備中，例如在軟件、硬件和/或?qū)Ｓ眉呻娐分袑?shí)現(xiàn)。例如，控制方案400可以在控制模塊5中作為一個(gè)或多個(gè)算法執(zhí)行。控制方案400包括用第一溫度設(shè)備82監(jiān)測(cè)流入熱電熱交換器50的再循環(huán)廢氣流的溫度(TEauN)，和用第二溫度設(shè)備84監(jiān)測(cè)流出熱電熱交換器50的再循環(huán)廢氣流的溫度(TEeK—QUT)，以及用第三溫度設(shè)備86監(jiān)測(cè)流入熱電熱交換器50的冷卻劑的溫度(Tc。。lant—In) (410)。分別用第四和第五溫度設(shè)備88和89監(jiān)測(cè)機(jī)油溫度和進(jìn)氣溫度以確定發(fā)動(dòng)機(jī)10 是否已經(jīng)被執(zhí)行了冷啟動(dòng)(420)。如果冷啟動(dòng)已經(jīng)執(zhí)行，控制模塊5命令第一運(yùn)行模式 (421)。如果冷啟動(dòng)還沒(méi)有執(zhí)行，控制模塊5判定熱電設(shè)備的熱電設(shè)備冷卻效率(η吧)是否小于預(yù)定值(430)。如果熱電設(shè)備冷卻效率的值低于預(yù)定值，控制模塊5命令第二運(yùn)行模式 (431)。如果熱電設(shè)備冷卻效率的值沒(méi)有低于預(yù)定值，控制模塊5根據(jù)已知的發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒特性和速度/負(fù)載要求決定是否需要進(jìn)氣溫度低一些(440)。當(dāng)需要較低的進(jìn)氣填充溫度時(shí)，控制模塊5命令第三運(yùn)行模式(441 )。如果再循環(huán)廢氣供給流不需要被熱電熱交換器50加熱或冷卻，控制模塊5命令第四運(yùn)行模式(450)。第一運(yùn)行模式(421)包括在冷啟動(dòng)之后操作熱電熱交換器50以加熱發(fā)動(dòng)機(jī)10。 通過(guò)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，可以使用多個(gè)方法中的一個(gè)來(lái)判定冷啟動(dòng)是否已經(jīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)10上執(zhí)行(420)。在一個(gè)實(shí)施例中，冷啟動(dòng)被定義為下述情形中的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)其中進(jìn)氣溫度低于第一預(yù)定溫度并且/或者發(fā)動(dòng)機(jī)油溫度低于第二預(yù)定溫度。在第二實(shí)施例中，冷啟動(dòng)被定義為在發(fā)動(dòng)機(jī)10以發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行了一段預(yù)定時(shí)間之后的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。例如， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10處于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉狀態(tài)一段預(yù)定時(shí)間時(shí)，隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)就被指定為發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)。第一運(yùn)行模式(421)包括向熱電熱交換器50傳遞電能以便在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)之后加熱發(fā)動(dòng)機(jī)10。能量控制單元6從電能存儲(chǔ)設(shè)備55向熱電熱交換器50傳遞能量以便加熱再循環(huán)廢氣供給流。再循環(huán)廢氣供給流隨后向發(fā)動(dòng)機(jī)10傳遞熱能。優(yōu)選地在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間段之后，例如30秒之后，加熱被啟動(dòng)。從再循環(huán)廢氣供給流傳遞的熱量加速發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放，例如碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?。第二運(yùn)行模式(431)包括操作熱電熱交換器50來(lái)減少在熱電熱交換器50內(nèi)積聚的燃燒副產(chǎn)品沉積。再循環(huán)廢氣供給流包含燃燒副產(chǎn)品，其包括顆粒物質(zhì)(PM)和其他燃燒副產(chǎn)品。熱電熱交換器50內(nèi)的通道能夠作為燃燒副產(chǎn)品的過(guò)濾器，從而收集通道內(nèi)的表面上的顆粒沉積物。顆粒沉積物能夠在熱電熱交換器50內(nèi)引起負(fù)作用，包括腐蝕、流阻增大、 流動(dòng)阻塞、熱傳遞能力下降、噪聲和/或振動(dòng)。減少燃燒副產(chǎn)品沉積物的累積可以利用熱電熱交換器50以加熱再循環(huán)廢氣供給流到預(yù)定溫度，例如600°C。加熱再循環(huán)廢氣供給流到預(yù)定溫度使熱電熱交換器50內(nèi)的燃燒副產(chǎn)品沉積物累積燃燒，從而減少熱電熱交換器50 內(nèi)的結(jié)垢。優(yōu)選的是，該預(yù)定溫度足夠高，以補(bǔ)償可能存在于熱電熱交換器50內(nèi)的熱量的不均勻分布。當(dāng)熱電設(shè)備冷卻效率(negr)低于預(yù)定值時(shí)，執(zhí)行第二運(yùn)行模式(430)。判定熱電設(shè)備的冷卻效率的依據(jù)是流入熱電熱交換器50的再循環(huán)廢氣流的溫度(TEeK IN)，流出熱電熱交換器50的再循環(huán)廢氣流的溫度(TEeK QUT)，和流入熱電熱交換器50的冷卻劑的溫度 (TcoolantJN)o熱電設(shè)備的冷卻效率(能夠用下列公式確定
權(quán)利要求
1.一種用于在包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的方法，所述方法包括使一部分廢氣再次循環(huán)通過(guò)所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)與熱電設(shè)備的第一側(cè)熱連通；使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)到與熱電設(shè)備的第二側(cè)熱連通的位置；和控制電能存儲(chǔ)設(shè)備和所述熱電設(shè)備之間的電流以便在再循環(huán)廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑之間傳遞熱能。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述電流以便在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)事件之后實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，包括在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)事件之后一段預(yù)定時(shí)間以后，從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)事件包括在發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)一段預(yù)定時(shí)間之后發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)包括當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油溫度低于第一預(yù)定溫度閾值時(shí)發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)所述熱電設(shè)備的熱電設(shè)備冷卻效率；當(dāng)所述熱電設(shè)備的熱電設(shè)備冷卻效率低于預(yù)定值時(shí)，控制所述電流以便實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述電流以便實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞，直到再循環(huán)廢氣達(dá)到預(yù)定溫度并持續(xù)預(yù)定時(shí)間。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述電流以便實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑到再循環(huán)廢氣的熱能傳遞，直到所述熱電設(shè)備冷卻效率達(dá)到預(yù)定值。
9.一種用于在包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的方法，其中所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣裝置，所述方法包括使一部分廢氣再次循環(huán)通過(guò)所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)與熱電設(shè)備的第一側(cè)熱連通；使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)至與熱電設(shè)備的第二側(cè)熱連通的位置；在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)之后的一段預(yù)定時(shí)間以后從電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流；從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流直到再循環(huán)廢氣達(dá)到預(yù)定溫度；在確定能夠通過(guò)降低再循環(huán)廢氣的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度之后，從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備向所述熱電設(shè)備提供電流以便冷卻再循環(huán)廢氣；和將再循環(huán)廢氣的熱能轉(zhuǎn)換為電能。
10.一種用于在內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的系統(tǒng)，包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其包括用于將發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)閥；循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)；熱電熱交換器，其包括熱電設(shè)備，該熱電設(shè)備具有與再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣熱連通的第一側(cè)和與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑熱連通的第二側(cè)； 電能存儲(chǔ)設(shè)備；能量控制單元，其與所述熱電設(shè)備電聯(lián)接；并與所述電能存儲(chǔ)設(shè)備電聯(lián)接以便控制其間的電能傳遞；控制模塊，其與所述廢氣再循環(huán)閥和所述能量控制單元電聯(lián)接，所述控制模塊控制發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的再循環(huán)并控制所述電能存儲(chǔ)設(shè)備和所述熱電設(shè)備之間的能量傳遞。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的熱電能轉(zhuǎn)換方法，具體提供一種用于在包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中管理熱能的方法，該方法包括再循環(huán)一部分廢氣通過(guò)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)與熱電設(shè)備的第一側(cè)熱連通；使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)至與熱電設(shè)備的第二側(cè)熱連通的位置；和控制電能存儲(chǔ)設(shè)備與熱電設(shè)備之間的電流以便在再循環(huán)廢氣和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑之間傳遞熱能。
文檔編號(hào)F02P19/04GK102207045SQ20111007650
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者克納夫爾 A., P. 杜雷特 R., 何 X. 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司